1 control y formas de ajuste ppt

"Controles Eléctricos Industriales", / Ing. Luis B. Fajardo R.

“Controles Eléctricos Industriales”

FORMAS DECONTROL Y AJUSTES


FASE I: TIPOS DE ARRANCADORES

FASE II: CIRCUITOS BÁSICOS

FASE III: ARRANCADORES MANUALES

FASE IV: ARRANCADORES NO INVERSORES E INVERSORES

FASE V: ARRANCADORES DE COMBINACION

FASE VI: ARRANCADORES A TENSIÓN REDUCIDA

CONTENIDO

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Fusionar entre los participantes los elementos teóricos y prácticos sobre los “Controles Eléctricos Industriales”

A fin de poder analizar el comportamiento funcional y elevar la eficiencia y eficacia de la labor diaria en la planta.

OBJETIVO

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Arrancadores de c.a.

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Los arrancadores para motores de corriente alterna cumplen con la función de controlar , es decir, “arrancar, parar, invertir la rotación, variar la velocidad”, además cuentan con los dispositivos de sobrecarga correspondientes para proteger a los motores contra sobrecargas que se pudieran presentar.

Tipos de ArrancadoresA voltaje pleno o directosA voltajes reducidosArrancadores electrónicos (arranque suave)Arrancadores manejadores de Velocidad




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Generalidades mínimas Tipo de arrancador (Directo, Estrella- Triangulo, por Autotransformador, etc. )

Protección y seccionamiento principal (en combinación)

Características del circuito de control (Tensión, operación local o remota, automático, enclavamientos eléctricos con otros dispositivos, elementos de supervisión de fallas de fase o fallas a tierra, etc.

Tipo de encapsulado (NEMA 0, NEMA1, NEMA 12, NEMA 3R, NEMA 4X, etc. )


“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores de c.a.

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Arrancadores a Voltaje PlenoEstos arrancadores aplican directamente el voltaje de línea al motor durante el arranque y cumplen la función de arrancar o parar el motor, o pueden invertir la rotación del motor si son arrancadores inversores.

Arrancadores a voltaje pleno: manuales y magnéticosArrancadores manuales Si los contactos que conectan el motor a la línea son operados por medio de un mecanismo manual del tipo palanca o pulsador, el arrancador será del tipo manual. Los dispositivos de sobrecarga actúan directamente sobre el mecanismo de cierre de los contactos y lo hacen disparar. Estos se fabrican en A - B, solo hasta el tamaño 1 (10 HP en 460V)




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Arrancadores a Voltaje PlenoArrancadores magnéticosEn los arrancadores magnéticos se usa un contactor para arrancar y parar el motor y los réle de sobrecarga tienen unos contactos normalmente cerrados que van conectados en serie con la bobina del contactor. Al dispararse un réle, se abre el contacto y se desenergiza la bobina del contactor

El tipo de operación que se requiere del motor hará variar el tamaño físico del contactor o las características del circuito de control.




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Diagrama Básico de Fuerza de un arrancador.Contactor

Réle Termico

Arrancador

Motor

Fuente

Interruptor Principal


“Controles Eléctricos Industriales”Circuitos básicosContactorSe seleccionan acorde a la potencia del motor, de manera directa, se encuentran dos Normas a ser utilizadas: IEC y NEMA

Si se trabaja en IEC, el parámetro importante será Kw o la corriente nominal del motor, que debe ser igual o inferior a la capacidad en Kw o In (Corriente nominal AC3) del contactor.

Si se seleccionan de acuerdo a la norma NEMA, el tamaño del contactor deberá ser igual o superior a los HP del motor.

Si se selecciona un contactor mayor al recomendado deberá ser porque se desea mayor longevidad del equipo a costa de un mayor precio, o también porque la aplicación así lo requiere: Alta frecuencia de arranque, alta temperatura ambiental, etc.

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“Controles Eléctricos Industriales”Circuitos básicosRéle TérmicoEs el dispositivo encargado de sensar sobrecorrientes y determinar, según su magnitud, el tiempo que está sobrecorriente es admisible sin causar daño en el motor.

Su principal característica es una curva exponencial que relaciona corriente con tiempo de forma inversa.

El ajuste de corriente se debe realizar acorde al motor que se desea proteger. Si el motor tiene una baja frecuencia de arranque, el réle térmico debe ajustarse a In x 1.15 donde 1.15 es el factor de seguridad del motor. Si el factor de seguridad del motor es 1.0, el ajuste máximo debe ser In x 1.05.

Si el motor es de arranque frecuentes el ajuste debe estar entre 1.1 y 1.2 como máximo.

Así, un réle térmico debe estar ajustado como máximo a un valor de In x 1.15 x 1.2 = In x 1.4 aprox..

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“Controles Eléctricos Industriales”Circuitos básicosRéle TérmicoEl término “Clase” en los réle térmicos define la rapidez de su operación.

Clase 5. Acción muy rápida en 5 seg. Cuando la corriente alcanza 6 x In

Clase 10. Réle Térmicos más utilizados. El disparo se produce en 10 seg. cuando la corriente alcanza 6 x In

Clase 20. Réles de acción lenta. El disparo ocurre en 20 seg. a 6 x In

Clase 30. Réles muy retardados. El disparo ocurre en 30 seg. a 6 x In

Utilizados en equipos de arranque muy largo como el caso de motores de mezcladoras, grandes ventiladores, etc.

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“Controles Eléctricos Industriales”Circuitos básicosCables de Fuerza y Fusibles de ProtecciónCables: Se debe seleccionar siempre de acuerdo a la temperatura de operación y su previsión siendo los más comunes THW o TTHN.

El calibre de cable se selecciona de acuerdo a la corriente nominal del motor y no necesariamente de acuerdo a la corriente nominal del arrancador.

Fusibles de Protección: Los fusibles de fuerza se utilizan como un elemento de protección para corto-circuitos, no para sobrecargas.

Los fusibles deben coordinarse con los réles térmicos para proteger adecuadamente el arrancador, los cables y el motor.

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“Controles Eléctricos Industriales”Circuitos básicosCables de Fuerza y Fusibles de ProtecciónFusibles de Protección: Seleccionando los fusibles de acuerdo al valor del réle térmico se conseguirá, que la zona de sobrecarga sea protegida por el réle y las corrientes superiores a 10 x In (como media) serán despejadas por los fusibles, incluyendo corrientes a nivel de corto-circuitos.

El tipo de fusible puede ser gT / gL o aM. Los más empleados para protección de motores son los aM por ser más lentos hasta 6 x In y luego son más rápidos abriendo (logrando fusión) corrientes de mayor magnitud.

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Circuitos básicosCables de Fuerza y Fusibles de ProtecciónFusibles de Protección: De acuerdo a la Norma debe seleccionarse un fusible (gT / gL) con valores de corriente nominal entre 1.6 y 2.0 veces el valor de corriente del motor; en el caso de fusibles aM es suficiente 1.25 veces la corriente del motor.

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Circuitos básicosSeccionador PrincipalSe utiliza como elemento de apertura del circuito (bajo carga o sin carga), normalmente como prevención para hacer mantenimiento o asegurar la no operatividad del arrancador.

Nunca el seccionador es el elemento operativo, sin embargo se selecciona tipo apertura bajo carga a fin de evitar riesgos de maniobra.

Debe elegirse con una capacidad igual o superior a 1.25 veces la corriente nominal del motor. En el caso de aplicar la norma NEMA se utiliza con preferencia el interruptor de caja moldeada.

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Circuitos básicos

Interruptor PrincipalSe utiliza en reemplazo del seccionador y los fusibles de fuerza. Generalmente es un interruptor de caja moldeada termomagnético o solo magnético.

Al igual que los fusibles cumplen con la función de proteger el arrancador, los cables y el motor ante corrientes de cortocircuitos y a su vez sirve de seccionador bajo carga para abrir el circuito de manera manual.

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“Controles Eléctricos Industriales”Circuitos básicos

Interruptor PrincipalTermomagnético: debe coordinarse con el réle térmico para que las curvas se intercepten en un punto de corriente entre 8 y 12 veces In.

Siempre el réle térmico debe tener prioridad de acción hasta 8 veces la corriente nominal del motor y para corrientes superiores debe actuar el interruptor.

Como resultado de cotejar la media de las curvas de los Int. termomagnéticos y las curvas de los réle térmicos bimetálicos, debe seleccionarse el interruptor 1.6 – 2.0 veces la corriente nominal.

Magnéticos: Si es solo magnético, este debe ser 1.25 – 1.4 veces el valor de In. El ajuste magnético debe hacerse en 8 x In..

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“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores manuales para motores monofásicos

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Estos son unos interruptores manuales que sirven para arrancar y proteger contra sobrecargas motores pequeños monofásicos de corriente alterna, así como de corriente continua, Ej: Boletín 600 de A - B

Aplicación: Compresores de refrigeraciónVentiladoresBombas y pequeñas máquinas herramientas

Los interruptores 600 de un polo tienen las siguientes capacidades:Hasta 1 HP, a 115 o 230V C.A., no se usan en corriente continua

Los de dos polos hasta 1 HP, a 115 o 230V C.A. y hasta ¾ HP a 115 o 230V en corriente continuaEl dispositivo térmico de sobrecarga que opera es bajo el principio de aleación eutéctica.



Arrancadores manuales Trifásicos y monofásicos de hasta 10 HP.

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Estos son unos interruptores manuales para el arranque a voltaje pleno de motores monofásicos y trifásicos , con una capacidad máxima de 10 HP a 460 V.

Aplicación: Su aplicación se encuentra en instalación de motores donde no se requiera control remoto o protección a bajo voltaje.

Los dispositivos de sobrecarga disparan el interruptor a través de un mecanismo y son del tipo de aleación de calentamiento indirecto

Ejemplo se agrupa en el Boletín 609 de A – B



Arrancadores magnéticos a voltaje pleno (NO INVERSORES)

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Estos arrancadores están constituidos por un contactor Boletín 702 y tres réles de sobrecarga.

Se fabrican desde el Tamaño 00 hasta el Tamaño 9

Aplicación: Se aplican para el arranque a voltaje pleno de todos los motores con rotor a jaula de ardilla, así como para controlar el estator o primario de los motores de anillo o rotor bobinado.


“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores inversores magnéticos a voltaje pleno

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Cuando invertimos la rotación del campo magnético en un motor de inducción cambia el sentido de giro del motor; esto se logra intercambiando dos líneas entre sí, de las tres líneas de alimentación del motor.

Por la forma de hacerse las conexiones en un inversor, si entran simultáneamente los dos interruptores de arranque, se producirá un corto circuito entre las líneas 1 y 2.

Para evitar este corto en un arrancador inversor, los dos interruptores se montan en una base común y están provisto de un bloqueo.

Ej: Boletín 609RS de A - B


“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores inversores magnéticos a voltaje pleno

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Los inversores del Boletín 705 tienen un bloqueo mecánico y otro eléctrico en los Tamaños desde el 0 hasta el 8; el Tamaño 00 tiene un bloqueo mecánico solamente y el Tamaño 9, lo tiene eléctrico.

Al seleccionar un inversor hay que estar pendiente de la aplicación, es decir el tipo de servicio que va a prestar, si se trata por ejemplo de grúas o motores que se paran con contramarcha, los tamaños serán diferentes a los Standard

Usar: Capitulo 1, Tabla 2.- Capacidades de los Contactores y Arrancadores Servicio Pesado (Tres fases).


“Controles Eléctricos Industriales”Diagrama esquemático de un arrancador inversor

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Se puede apreciar los bloqueos eléctricos de un contactor sobre otro

L2

2 R2

BAJADA

OL

´R1

R2

120v / 60Hz

L1SUBIDAPARADA

R1

31

´R2

R1

BLOQUEO DE R2 SOBRE R1

BLOQUEO DE R1 SOBRE R2


“Controles Eléctricos Industriales”Transformadores de Control

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Aunque el código eléctrico permite que el voltaje de operación de la bobina de un contactor sea el mismo que el de la línea del motor en circuitos de 600V máximo, las normas industriales y de seguridad recomiendan utilizar un voltaje no mayor de 120 V para operar las bobinas de contactores y réles en general.

Los transformadores de control sirven para reducir el voltaje de línea (480, 240 o 209 voltios) al valor requerido para control (120 voltios).

De acuerdo al código, todo circuito de control debe estar protegido con un fusible o interruptor de una capacidad igual a la de los conductores de control.


“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores de Combinación

Los arrancadores de combinación contienen los elementos exigidos por el Código Eléctrico para un circuito ramal: elemento de desconexión manual, protección contra cortocircuitos, contactor y protección contra sobrecargas.

La ventaja principal es que todos los elementos del circuitos ramal del motor están coordinados por el fabricante.

El Código establece que EL ELEMENTO DE DESCONEXIÓN y el arrancador deben estar instalados A LA VISTA del motor.

Por otra parte el elemento de desconexión debe estar a la vista del arrancador, es decir uno a lado del otro.

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“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores de Combinación

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MAQUINARIA

ELEMENTO DE DESCONEXIÓNARRANCADOR

MOTOR MAQUINARIA

ELEMENTO DE DESCONEXIÓN

MOTOR

EL ELEMENTO DE DESCONEXIÓN DEBERA ESTAR A LA VISTA DEL ARRANCADOR

EL ARRANCADOR DEBERA ESTAR A LA VISTA DEL MOTOR Y DE LA MAQUINARIA QUE ESTE MUEVE

ARRANCADOR DE COMBINACIÓN

FUERA DE VISTA

PARED

FUERA d > 15 m (50 pies) EXCEPCIÓN: ELEM. DE DESC. PUEDA BLOQUEARSE EN “ABIERTO”


“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores a Tensión Reducida

En arranques directos la curva de corriente puede elevarse a valores superiores a 5 x In.

Una forma de evitar el pico de corriente en el proceso de arranque de un motor es reducir el voltaje en sus bobinados, con la consecuencia que también se reduce su Torque o fuerza sobre el eje.

Existen solo dos métodos para lograrlo: Arrancadores ElectrónicosArrancadores de Tensión Reducida

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Se realiza en dos etapas de arranque:

1.- Tensión en los bobinados < Vn del Sistema2.- debe implantarse antes del que el motor alcance su velocidad nominal

Configuraciones:Conexión Estrella – TrianguloBobinado Parcial (part – winding)Arranque con AutotransformadorArranque por Resistencia

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“Controles Eléctricos Industriales”Arrancadores a Tensión ReducidaArranque por ResistenciaLa forma más simple de reducir el voltaje a un motor durante un arranque es por medio de resistencias. Una vez que el motor a alcanzado una velocidad cercana a la del régimen, se aplica el voltaje de la línea del motor.

Problemas:La energía que consumen por disipación de calor en la resistencia es muy elevada, además, hay que tener sumo cuidado en no sobrepasar el ciclo de trabajo para el cual han sido diseñados.

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Unifilar



Arranque por AutotransformadoresTiene una gran flexibilidad ya que se puede seleccionar diversos pares e intensidades de arranque con solo conectar la derivación (“tap”) deseada.

Como Norma, los arrancadores con autotransformadores traen tres tap, el primero al 80% del voltaje de la línea, el segundo al 65% y el tercero al 50%.

Boletín 570 de A – B

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Unifilar



Arranque por AutotransformadoresVentajas: Conjuntamente con los Estrella - Triangulo es unos de los arrancadores de mayor par de arranque producido por amperios en la línea.

Aventaja al Estrella – Triangulo en que este tiene tres derivaciones para seleccionar diversos pares e intensidades de arranque, cosa imposible en Estrella - Triangulo

No requiere conexiones especiales como el bobinado múltiple o el Estrella - Triangulo.

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Arranque por AutotransformadoresProblemas: Su principal desventaja es que tiene un ciclo de trabajo determinado y no puede utilizarse cuando existe arranques muy frecuentes.

Demandan una gran corriente de excitación, la cual es neutralizada por la corriente de arranque del motor; si el motor que se utiliza es de menor potencia que la señalada en la placa del arrancador, el autotransformador se quema; es por tanto muy delicada su selección.

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Arranque por Bobinado múltiple (PART _ WINDING)Si tenemos un motor que tiene dos o más bobinados iguales, podemos utilizar un arranque por bobinado múltiple, haciendo que vayan entrando progresivamente en funcionamiento todos los bobinados del motor.

Cada bobinado requerirá un arrancador con su correspondientes réles de sobrecarga, como si fueran diferentes motores. El tipo más utilizado es el de dos bobinados.

En general, se puede utilizar en cualquier motor de nueve terminales, estándar NEMA.

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Arranque por Bobinado múltiple (PART _ WINDING)Este arrancador se utiliza en los motores a Jaula de Ardilla que mueven sopladores, ventiladores y en general todo tipo de máquinas que requieren un bajo par de arranque.

La intensidad que demandan en el arranque un arrancador de doble bobinado es el 65% de la del valor de arranque a voltaje pleno y el par, el 40% del correspondiente al arranque a voltaje pleno.

Boletín 530 de A - B

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Arranque por Estrella TrianguloEste arrancador conecta las bobinas del motor en estrella durante el arranque, aplicándole el 58% del voltaje de la línea a los mismos después los conecta en triángulo o delta para la marcha.

El par desarrollado por este arrancador es el 33% del par de arranque a voltaje pleno.

ProblemasRequiere un motor con seis terminales y que los bobinados estén diseñados para operar conectados en triángulo.

Hace una transición abierta, dando por resultados alteraciones en la línea de suministro.Boletín 540 de A - B

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Arranque por Estrella TrianguloUn motor de 25 HP @ 220V, solicita aproximadamente 390 Amp en arranque directo, pero sólo 130 Amp en arranque estrella.

La conmutación ideal se realiza cuando el Torque del motor es igual al Torque de la carga

Cuanto tiempo debe durar la etapa de estrella (Te) ?

Depende del Torque de la carga y ello varía según la aplicación o el caso.

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Arranque por Estrella TrianguloConmutación prematura. No se logra el objetivo del arrancador a tensión reducida que es evitar pico de corrientes en el arranque.

Se destruyen los componentes del arrancador en forma muy rápida.

Conmutación tardía. El motor tiene el mismo comportamiento que el ocasionado por una sobrecarga sobre su eje, la corriente aumenta y nunca se normaliza a In / 3.

Al hacer la conmutación se encuentra que la corriente pico en delta (triángulo) puede ser mayor de la deseada, pero lo peor será el calentamiento del motor por permanecer en condición de sobrecarga.

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Arranque por Estrella TrianguloRetardo en la conmutación Estrella TriánguloUna vez que se abre el contactor de estrella debe permitirse un tiempo no menor de 4 ciclos (60 mseg.) antes de cerrar el contactor delta.

Para evitar corrientes de picos transitorias (muy elevadas) debe esperarse un periodo de tiempo comprendido entre 60-80 mseg.

Enclavamiento entre el contactor Delta y el contactor Estrella.

Eléctrico, mecánico o electromecánico debe asegurarse que los contactores Delta y Estrella no operen simultáneamente.

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Arranque por Estrella TrianguloDimensionamiento de los contactoresEn consecuencia del conexionado, se seleccionará un contactor 1.73 veces menor que el caso de un arrancador directo.

La corriente nominal que soportará el contactor estrella (E) es 1/3 de la corriente nominal del motor. De manera que se seleccionará acorde a un tamaño AC3 que sea 1/3 de la corriente nominal del motor.

Réle Térmico. Debe seleccionarse cuyo rango permita ajustarse a 1.15 x Ind/1.73, donde Ind es la corriente nominal del motor en conexión Delta (triángulo).

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“Controles Eléctricos Industriales”Tabla comparativa de métodos de arranque a voltaje reducidoLínea 600% amp. de arranque, 120 % par de arranque

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METODO DE ARRANQUE

AMPERIOS DE

ARRANQUE(EN % DE LA

In)

PAR DE ARRANQUE(EN % DEL

PAR NOMINAL)

PRECIOS COSTOS DE OPERACIÓN

AUTOTRANSFORMADORa) TAP DEL 80%b) TAP DEL 65%c) TAP DEL 50%

385 %255 %150 %

77 %51 %30 %

COSTOSO COSTOSO

RESISTENCIAS O REACTANCIASa) TAP DEL 80%b) TAP DEL 65%c) TAP DEL 50%

480 %390 %300 %

75 %50 %30 %

COSTOSO MUY COSTOSO

BOBINADO MULTIPLE 360 – 420 % 45 % ECONOMICO BAJO

ESTRELLA TRIANGULO 200 % 40 % BUENO MEDIO


“Controles Eléctricos Industriales”Características de los distintos arrancadores a Voltaje reducido (del Tipo Magnético).

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CARACTERÍSTICAS BOL. 740-741 BOL. 746 BOL. 736 BOL. 737

POR RESISTENCIAS

POR AUTOTRANSFORMADOR

BOBINADO MULTIPLE

ESTRELLA TRIANGULO

PAR DE ARRANQUE ELEVADO ELEVADO BAJO MUY BAJO

INTENSIDAD DE ARRANQUE BAJA MUY BAJA REGULAR MUY BAJA

INTENSIDAD DE PICO EN EL CAMBIO DE

ARRANQUE A MARCHABAJA BAJA BAJA ELEVADA

CICLO DE TRABAJO UN ARRANQUE QUE DURE 5 SEG.

CADA 80 SEG.

UN ARRANQUE QUE DURE15 SEG. C/MINUTO

DURANTE UNA HORA

NO HAY LIMITE

NO HAY LIMITE

TIPO DE MOTOR CUALQUIERA CUALQUIERA ESPECIAL DE DOBLE O TRIPLE

BOBINADO

DE 6 CONEXIONES PARA ARRANQUE EN

ESTRELLA Y MARCHA EN TRIANGULO

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